专利名称：一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层及其制备方法
技术领域：
本发明属于光导纤维涂料层及其制备领域，特别涉及一种有机硅聚酰亚胺苯并咪 唑光导纤维涂料层及其制备方法。
背景技术：
光通信用光导纤维是由石英玻璃(多组分石英玻璃)或掺稀土元素玻璃等经熔融拉丝而成，为保证光导纤维的原始强度，其表面必须同时涂覆保护材料——光导纤维涂料，才能避免环境应力和水分子对光纤表面微裂纹的侵蚀以及空气中氢对光纤产生的“氢损”。光纤涂料具有为光纤提供强度保护、防水及应力缓冲等作用，从而保持光纤优良的机械和光学性能。光纤涂料是光纤生产和应用中不可缺少的关键保护材料，目前，国际上开发生产了多种类型的光纤涂料，随光纤光缆应用领域的不断拓展，各种新型、高性能的光纤涂料正在不断被研制开发。可作为光纤涂料的聚合物体系有聚酯、聚酰胺、脲醛树脂、糠醇树脂、丙烯酸环氧树脂及硅橡胶、硅树脂等等。由于上述树脂的耐温等级不高，而且耐冷热交替循环性也不好，因此其应用受到了限制，特别是在航空航天等高科技领域。为了提高生产效率，同时保证光导纤维的优异的综合性能，包括高韧性、高弹性、耐冷热冲击性、耐低温性、耐高温性以及优异的电学性能和光学性能等，因此，本发明采用高柔性且耐高温的有机硅链段与耐高温的聚酰亚胺、聚苯醚咪唑链段进行共聚结合，以得到可以在光导纤维拉制阶段进行在线直接涂覆工艺生产的高性能光导纤维涂料。聚酰亚胺是一类综合性能非常优异的高分子材料，具有特别优异的耐热性、耐低温性、阻燃性、电气性能和力学性能，被广泛地应用于电子微电子、航空航天、激光、光电等高科技领域。有关聚酰亚胺树脂领域的研究开发工作已有不少报道中国发明专利CN1927908A公开了一种含酚羟基聚酰亚胺粉末的制备方法，其主要特征在于(I)摩尔比为I :1的含酚羟基芳香族二元胺化合物或含酚羟基芳香族二元胺与其它二元胺的混合物和芳香族二元酐在强极性非质子有机溶剂中，氮气保护下，于0°c 30°C下反应3 12小时后，得到透明粘稠的聚羟基酰胺酸溶液，其中，强极性非质子有机溶剂占整个反应体系的质量百分数为5% 30%; (2)氮气气氛中，加入共沸脱水剂，加热升温，于120°C 160°C的温度范围内，回流共沸脱水亚胺化反应5 18小时，冷却至室温，过滤，洗涤，真空干燥，得到含酚羟基聚酰亚胺粉末，其中，共沸脱水剂与强极性非质子有机溶剂的体积比为O. I 10 :1。中国发明专利CN101921482A公开了一种热固性聚酰亚胺树脂及其制备方法，该树脂由A组分和B组分组成，其重量比为I :2-6 ;其中A组分为均相透明粘稠状的马来酰亚胺基聚酰亚胺树脂溶液，含固量10%-25% ；B组分为四马来酰亚胺基双酚A溶液，含固量30%-40% ;制备方法为马来酰亚胺基聚酰亚胺树脂液(A组分)的制备方法包括如下两个步骤(I)将2，2-双[4- (2，4- 二氨基苯氧基)苯基]丙烷和强极性非质子有机溶剂放入反应釜中，室温下，搅拌溶解完全后，加入马来酸酐固体粉末，室温下搅拌至完全溶解，继续搅拌反应O. 5小时后，加入芳香族二元酸酐，室温下搅拌反应5-8小时，获得均相透明粘稠状的树脂溶液；(2)加入共沸脱水剂，共沸回流分水搅拌反应6-8小时后，得到均相透明粘稠状的马来酰亚胺基聚酰亚胺树脂液；四马来酰亚胺基双酚A溶液(B组分)的制备方法包括如下两个步骤(I)将2，2-双[4- (2，4- 二氨基苯氧基)苯基]丙烷和强极性非质子有机溶剂放入反应釜中，室温下，搅拌溶解完全后，加入马来酸酐固体粉末，室温下搅拌至完全溶解，继续搅拌反应3小时后，获得均相透明溶液；(2)加入共沸脱水剂，共沸回流分水搅拌反应5小时后，得到均相透明的四马来酰亚胺基双酚A溶液。中国发明专利CN101423609A公开了一种含活性乙烯基聚酰亚胺粉末的制备方法，包括如下步骤(I)摩尔比为I :2的芳香族四元伯胺化合物和不饱和酸酐化合物，在强极性非质子有机溶剂中，于0°c 25°C反应1-2小时，加入芳香族二元伯胺化合物搅拌，获得均相透明溶液；(2)加入芳香族二元酐化合物，于(TC 25°C反应2-4小时，获得含活性乙烯基聚酰胺酸的均相透明粘稠液；(3)加入共沸脱水剂和催化剂，于80°C 150°C共沸脱水反应5_12小时，沉析，过滤，洗涤，干燥，获得含活性乙烯基聚酰亚胺粉末。中国发明专利CN101973147A公开了一种耐高温聚酰亚胺玻璃布层压板的制备方法，主要包括如下步骤(I)室温下，将摩尔比为1:2的1，4-双(2，4-二氨基苯氧基)苯和马来酸酐加入强极性非质子有机溶剂中，室温下搅拌反应I小时后，加入芳香族二胺单体，搅拌溶解完全后，加入芳香族二元酸酐，室温下搅拌反应3小时，加入引发剂，搅拌溶解，得到均相透明的粘稠状树脂溶液，即A组分；(2)将摩尔比为1:4的1，4_双(2，4-二氨基苯氧基)苯和马来酸酐加入强极性非质子有机溶剂中，室温下搅拌反应2小时后，得到均相透明的树脂溶液，即B组分；(3)使用时，室温下将A、B组分混合均匀，得聚酰亚胺前驱体树脂溶液，用玻璃布浸溃树脂溶液，预烘半固化得半固化片，层叠后进入高温压机热固化，得到耐高温聚酰亚胺玻璃布层压板。中国发明专利CN101928460A公开了一种含活性基团线型聚酰亚胺-马来酰亚胺共聚物及其薄膜的制备方法，主要包括如下步骤(I)将含羟基芳香族二元伯胺和强极性非质子有机溶剂加入聚合瓶中，室温下搅拌，完全溶解后，冰水浴冷却至5°C以下，加入芳香族二元酸酐，搅拌，于5°C -10°C的温度范围内反应3小时后，获得均相、透明、粘稠状的含羟基芳香族聚酰胺酸树脂溶液；其中，芳香族二元酸酐的摩尔数等于含羟基芳香族二元伯胺的摩尔数；(2)将马来酰亚胺树脂溶解于强极性非质子有机溶剂中，室温下搅拌溶解，得到均相透明的马来酰亚胺树脂溶液；(3)将含羟基芳香族聚酰胺酸树脂溶液和马来酰亚胺树脂溶液，室温下按一定比例混合均匀，得到均相溶液，调节粘度，于流延机中成膜，加热升温，进行脱水热亚胺化和共聚等化学反应，冷却，脱膜，获得含活性基团线型聚酰亚胺-马来酰亚胺共聚物薄膜。有关有机硅聚酰亚胺树脂也有公开的文献报道，中国发明专利CN101914357A公开了一种有机硅聚酰亚胺树脂，与环氧树脂进行共聚反应，得到了综合性能优异的环氧-有机硅聚酰亚胺粘合剂，可应用于金属、玻璃、陶瓷等基材的粘接；中国发明专利CN101913781A公开了一种有机娃封端的有机娃聚酰亚胺树脂,与石英纤维具有优异的粘附性和界面性能，被用于石英纤维表面处理剂；中国发明专利CN102618200A公开了一种有机硅树脂、环氧树脂与聚酰亚胺树脂的共聚物，并研制得到了综合性能优异的胶粘剂体系。有关聚苯并咪唑树脂也有公开的专利文献报道，中国发明专利CN101456964A公开了一种聚苯并咪唑树脂薄膜的制备方法，主要特征在于采用特定分子结构的芳香族四元胺和芳香族二元羧酸，在多聚磷酸/五氧化二磷体系的作用下，于氮气气氛中，在室温-200°C温度范围内进行溶液缩聚反应，制得暗红色橡胶弹性体状聚合物。冷却后倒入水中，在树脂搅碎机里，搅碎成粉末，碱洗至中性，烘干后选择合适的溶剂将其溶解，流延成膜，加热升温，脱除溶剂，获得芳香族聚苯并咪唑薄膜，其分子结构如下
权利要求
1.一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层，其特征在于所述涂料层的分子结构通式为
2.一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，包括如下步骤 室温下，将有机硅二胺和有机混合溶剂放入反应釜中，搅拌溶解后，加入芳香族二酐单体，搅拌反应1-2小时后，加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑单体和芳香族二胺单体，搅拌反应4-5小时后，得到有机硅聚酰胺酸苯并咪唑树脂溶液，固含量为10%-25% ;将树脂溶液均匀地涂覆于光导纤维表面，热固化，得到有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层。
3.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述有机硅二胺的分子结构通式为
4.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述芳香族二酐单体选自均苯四甲酸二酐、3，3’，4，4’ -四羧基二苯醚二酐、3，3’，4，4’ -四羧基二苯砜二酐、3，3’，4，4’ -四羧基二苯甲酮二酐、2，2-双(3，4- 二羧基苯基)六氟丙烷二酐、3，3’，4，4’ -四羧基联苯二酐、2，2-双[4-(3，4- 二羧基苯氧基)苯基]六氟丙烷二酐、2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐、1，4-双(3，4-二羧基苯氧基)苯二酐、1，3-双-(3，4- 二羧基苯氧基)苯二酐、4，4’ -双(3，4- 二羧基苯氧基)联苯二酐、4，4’ -双(3，4- 二羧基苯氧基)二苯砜二酐、4，4’ -双(3，4- 二羧基苯氧基)二苯醚二酐、4，4’ -双(3，4- 二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐、4，4’ -双(3，4- 二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐中的一种或几种；其中，芳香族二酐单体的摩尔数等于有机硅二胺、2- (4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和芳香族二胺的摩尔数之和。
5.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述芳香族二胺单体选自对苯二胺、间苯二胺、2-甲基间苯二胺、2，4，6-三甲基间苯二胺、3，4’ - 二氨基二苯醚、4，4’ - 二氨基二苯醚、3，3’ - 二氨基二苯醚、3，5- 二氨基苯甲酸、4，4’ - 二氨基联苯、3，3’ - 二甲基-4，4’ - 二氨基联苯、4，4’ - 二氨基二苯甲烧、4，4’ _ 二氛基二苯讽、3，3’ _ 二氛基二苯讽、3，3’ _ 二甲基-4，4’ _ 二氛基二苯甲烧、3，3’，5，5’ -四甲基_4，4’ - 二氨基二苯甲烷、2，6-双(4-氨基苯氧基)苯甲腈、2，6-双(3-氨基苯氧基)苯甲腈、3，5-双(4-氨基苯氧基)苯甲酸、4，4’ - 二氨基-4”-羟基三苯甲烷、I, 3-双(3-氨基苯氧基)苯、1，3-双(4-氨基苯氧基)苯、1，4-双(4-氨基苯氧基)苯、I,3-双(2- 二氣甲基_4-氣基苯氧基)苯、I, 4-双(2- 二氣甲基_4-氣基苯氧基)苯、2，6-双(4-氣基苯氧基)甲苯、2，5-双(4-氣基苯氧基)甲苯、3，5-双(2-二氣甲基-4-氣基苯氧基)苯甲酸、2，6-双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)甲苯、2，5-双(2-三氟甲基_4_氨基苯氧基)甲苯、2，2_双[4_ (4_氛基苯氧基)苯基]丙烧、2，2_双[4_ (2_ 二氣甲基_4_氛基苯氧基)苯基]丙烷、2，2-双[4- (3-氨基苯氧基)苯基]丙烷、4，4’ -双(4-氨基苯氧基)二苯甲烧、4，4’-双(3_氛基苯氧基)二苯甲烧、4，4’-双(2_ 二氣甲基-4-氛基苯氧基)二苯甲烧、2，2-双[4- (4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烧、2，2-双[4- (2-二氟甲基-4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烧、2，2-双[4- (3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烧、4，4’-双(4-氨基苯氧基)_■苯讽、4，4’_双(3-氣基苯氧基)_■苯讽、4，4’_双(2- 二氣甲基_4-氣基苯氧基)_■苯讽、4，4’ -双(4-氨基苯氧基)二苯硫醚、4，4’ -双(3-氨基苯氧基)二苯硫醚、4，4’ -双(2-三氟甲基_4_氨基苯氧基)二苯硫醚、4，4’ -双(4-氨基苯氧基)二苯醚、4，4’ -双(3-氨基苯氧基)二苯醚、4，4’ -双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)二苯醚、4，4’ -双(4-氨基苯氧基)二苯甲酮、4，4’-双(3-氨基苯氧基)二苯甲酮、4，4’-双(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)二苯甲丽、4，4’ -双(4_氛基苯氧基)联苯、4，4’ -双(3_氛基苯氧基)联苯、4，4’ -双(2- 二氟甲基-4-氨基苯氧基)联苯中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述有机硅二胺、2- (4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和芳香族二胺之间的摩尔比为 1:0. 9-11:1-100。
7.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述有机混合溶剂为体积比为1:0. Γ0. 5的强极性非质子有机溶剂与非强极性有机溶剂的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述强极性非质子有机溶剂选自N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述非强极性有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙二醇单甲醚、甲苯、二甲苯、邻二氯苯、1，4-二氧六环、乙酸乙酯中的一种或几种。
10.根据权利要求2所述的一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层的制备方法，其特征在于所述热固化的温度范围为200°C -450°C。
全文摘要
本发明涉及一种有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层及其制备方法，涂料层的分子结构通式为。制备方法包括如下步骤将有机硅二胺溶解于有机混合溶剂中，加入芳香族二酐，室温下搅拌反应1-2小时后，加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑单体和芳香族二胺单体，搅拌反应4-5小时，得到有机硅聚酰胺酸苯并咪唑树脂溶液，均相地涂覆于光导纤维表面，热固化，得到有机硅聚酰亚胺苯并咪唑光导纤维涂料层。本发明涂料层固化工艺简单，耐高温性优良，同时也具有非常优异的力学性能和电学性能等；制备方法简单，综合性能优异，具有良好的市场前景。
文档编号C03C25/40GK102942310SQ20121042943
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者虞鑫海, 吴冯 申请人:东华大学, 虞鑫海